חוקרים בוחנים את הפוטנציאל של שימוש באותות סיסמואלקטריים מרעידות מרס כדי לזהות מים תת קרקעיים על מאדים, שיטה בהשראת טכניקות דומות בכדור הארץ אך מותאמת לתנאים הייחודיים של מאדים. גישה זו, הלוכדת אותות אלקטרומגנטיים המופקים כאשר גלים סיסמיים עוברים דרך אקוויפרים, עלולה לחשוף מקורות מים נסתרים עמוק מתחת לפני השטח של מאדים, מה שעלול לחולל מהפכה בהבנתנו את המים על מאדים והפצתם. קרדיט: NASA/JPL-Caltech
מדענים של פן סטייט חוקרים את השימוש באותות סיסמואלקטריים מרעידות מרס כדי לזהות מים תת קרקעיים עמוקים על מַאְדִים.
טכניקה זו, המבוססת על זיהוי שדות אלקטרומגנטיים הנוצרים על ידי גלים סיסמיים, יכולה לספק תובנות חדשות לגבי אקוויפרים של מאדים וחלוקת המים.
מים נוזליים על מאדים, אם קיימים היום, עלולים להיקבר עמוק מדי לגילוי בשיטות מסורתיות המשמשות על פני כדור הארץ. עם זאת, טכניקה חדשה הכוללת ניתוח של רעידות מרס – רעידות אדמה על מאדים – עשויה לספק פריצת דרך, מציעים מדענים מפן סטייט.
כאשר רעידות עוברות דרך אקוויפרים תת קרקעיים, הן יוצרות אותות אלקטרומגנטיים. במחקר שפורסם ב JGR Planets, החוקרים הדגימו כיצד האותות הללו עלולים לחשוף את נוכחותם של מים מספר קילומטרים מתחת לפני השטח של מאדים. הסופר הראשי נולן רוט, מועמד לדוקטורט במחלקה למדעי הגיאוגרפיה בפן סטייט, מאמין ששיטה זו יכולה לסלול את הדרך לניתוח נתוני משימת מאדים עתידיים.
אחת התמונות האחרונות שצולמו אי פעם על ידי מטוס הנחתת InSight Mars של נאס"א מציגה את הסיסמומטר שלה על פני השטח של כוכב הלכת האדום בשנת 2022. צוות מדענים מציע ששימוש בנתונים מהסייסמומטר ומגנטומטר על הנחתת יכול לעזור לחשוף אם מים נוזליים נמצאים עמוק מתחת פני השטח של מאדים. קרדיט: NASA/JPL-Caltech
פוטנציאל של רעידות מאדים לגלות מים תת קרקעיים
"לקהילה המדעית יש תיאוריות שפעם היו במאדים אוקיינוסים ושבמהלך ההיסטוריה שלה, כל המים האלה נעלמו", אמר רוט. "אבל יש עדויות לכך שחלק מהמים כלואים אי שם בתת הקרקע. פשוט לא הצלחנו למצוא את זה. הרעיון הוא שאם נוכל למצוא את האותות האלקטרומגנטיים האלה, אז נמצא מים על מאדים."
אם מדענים רוצים למצוא מים על פני כדור הארץ, הם יכולים להשתמש בכלים כמו מכ"ם חודר קרקע כדי למפות את תת הקרקע. אבל הטכנולוגיה הזו אינה יעילה מיילים מתחת לפני השטח, מעמקים שבהם המים עשויים להיות על מאדים, אמרו המדענים.
במקום זאת, החוקרים ממליצים על יישום חדשני של השיטה הסיסמא-אלקטרית, טכניקה חדשה יותר שפותחה כדי לאפיין באופן לא פולשני את תת-הקרקע של כדור הארץ. כאשר גלים סיסמיים מרעידת אדמה נעים דרך אקוויפר מתחת לאדמה, הבדלים בתנועת הסלעים והמים מייצרים שדות אלקטרומגנטיים. האותות הללו, שניתן לשמוע על ידי חיישנים על פני השטח, יכולים לחשוף מידע על עומק האקוויפר, נפח, מיקום והרכבים כימיים, על פי החוקרים.
היתרונות של אותות סייסמואלקטריים על מאדים
"אם נקשיב לרעידות המאדים הנעות בתת הקרקע, אם הן עוברות במים, הן ייצרו את האותות הנפלאים והייחודיים הללו של שדות אלקטרומגנטיים", אמר רוט. "אותות אלה יהיו אבחונים של מים עכשוויים, מודרניים על מאדים."
בכדור הארץ עשיר במים, השימוש בשיטה זו לזיהוי אקוויפרים פעילים הוא מאתגר מכיוון שמים קיימים בתת הקרקע אפילו מחוץ לאקוויפרים, ויוצרים אותות חשמליים אחרים כאשר גלים סיסמיים נעים בקרקע. יש להפריד את רעשי הרקע הזה מהאותות של האקוויפרים, אמרו המדענים, לצורך זיהוי ואפיון מדויקים.
"על מאדים, היכן שהפני השטח הקרובים בהחלט מיובשים, אין צורך בהפרדה כזו", אמר טייואן ז'ו, פרופסור חבר למדעי הגיאוגרפיה בפן סטייט והיועץ והמחבר של רות'. "בניגוד לאופן שבו מופיעים לעתים קרובות אותות סיסמואלקטריים על פני כדור הארץ, פני השטח של מאדים מסירים באופן טבעי את הרעש וחושף נתונים שימושיים המאפשרים לנו לאפיין מספר תכונות של אקוויפר."
הדמיית תת הקרקע של מאדים במחקר
החוקרים יצרו מודל של תת-הקרקע של מאדים והוסיפו אקוויפרים כדי לדמות את ביצועי השיטה הסיסמו-אלקטרית. הם גילו שהם יכולים להשתמש בהצלחה בטכניקה כדי לנתח פרטים על האקוויפרים, כולל עד כמה הם עבים או דקים והתכונות הפיזיקליות והכימיות שלהם, כמו מליחות.
"אם נוכל להבין את האותות, נוכל לחזור אחורה ולאפיין את האקוויפרים עצמם", אמר רוט. "וזה ייתן לנו יותר אילוצים ממה שהיו לנו אי פעם בעבר להבנת המים על מאדים היום וכיצד הם השתנו במהלך 4 מיליארד השנים האחרונות. וזה יהיה צעד גדול קדימה".
שימוש בנתונים וכלים קיימים על מאדים
רוט אמר שעבודה עתידית תהיה – באופן מפתיע – כרוכה בניתוח נתונים שכבר נאספו על מאדים.
נאס"אנחתת Insight, שהושקה בשנת 2018, סיפקה למאדים מד סיסמא שהאזין לרעידות מרס ומיפה את תת הקרקע. עם זאת, סיסמומטרים מתקשים להבחין בין מים לגז או לסלע פחות צפוף.
עם זאת, המשימה כללה גם מגנומטר ככלי אבחון כדי לסייע לסייסמומטר. שילוב של נתונים מהמגנטומטר והסיסמומטר יכול לחשוף אותות סייסמו-אלקטריים, אמרו המדענים.
שליחת מגנומטר ייעודי שנועד לבצע ניסויים מדעיים במשימות עתידיות של נאס"א עשויה להניב תוצאות טובות עוד יותר, אמרו החוקרים.
הרחבת המחקר הסיסמו-אלקטרי מעבר למאדים
"זה לא צריך להיות מוגבל למאדים – לטכניקה יש פוטנציאל, למשל, למדוד את עובי האוקיינוסים הקפואים על ירח של צדק" אמר ג'ו. "המסר שאנו רוצים להעביר לקהילה הוא שיש את התופעה הפיזיקלית המבטיחה הזו – שקיבלה פחות תשומת לב בעבר – שאולי יש לה פוטנציאל גדול לגיאופיזיקה פלנטרית".
Yongxin Gao, פרופסור באוניברסיטת Hefei לטכנולוגיה בסין, תרם אף הוא.
המלגה של Penn State E. Willard and Ruby S. Miller והקרן הלאומית למדעי הטבע של סין תמכו בחוקרים המעורבים בעבודה זו.
